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第 2 章 基本放大电路 PowerPoint PPT Presentation


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第 2 章 基本放大电路. 2.1 概述. 2.2 晶体管放大电路的组成及其工作原理. 2.3  图解分析法. 2.4  微变等效电路分析法. 2.5 分压式偏置稳定共射放大电路. 2.6  共集电极放大电路. 2.7  共基极放大电路. 2.8  场效应管放大电路. 2.1 概述. 2.1.1. 放大电路的基本概念. 放大电路主要用于放大微弱的电信号,输出电压或电流在幅度上得到了放大,这里主要讲电压放大电路。. 根据放大电路输入信号的条件和对输出信号的要求,放大器 可分为四种类型,所以有四种放大倍数的定义。.

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第 2 章 基本放大电路

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- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


2

第 2 章

基本放大电路

2.1 概述

2.2 晶体管放大电路的组成及其工作原理

2.3 图解分析法

2.4 微变等效电路分析法

2.5 分压式偏置稳定共射放大电路

2.6 共集电极放大电路

2.7 共基极放大电路

2.8 场效应管放大电路


2

2.1概述

2.1.1.放大电路的基本概念

放大电路主要用于放大微弱的电信号,输出电压或电流在幅度上得到了放大,这里主要讲电压放大电路。


2 1 2

根据放大电路输入信号的条件和对输出信号的要求,放大器

可分为四种类型,所以有四种放大倍数的定义。

2.1.2.放大电路的主要技术指标

1.放大倍数——表示放大器的放大能力


2

(1)电压放大倍数定义为: AU=UO/UI(重点)

(2)电流放大倍数定义为: AI=IO/II

(3)互阻增益定义为: Ar=UO/II

(4)互导增益定义为: Ag=IO/UI


2

ii

输入电阻:

ui

Ri=ui / ii

~

2. 输入电阻Ri——从放大电路输入端看进去的

等效电阻

RS

Ri

uS

Au

输出端

输入端

信号源

一般来说, Ri越大越好。

(1)Ri越大,ii就越小,从信号源索取的电流越小。

(2)当信号源有内阻时, Ri越大, ui就越接近uS。


2

输出端

输出端

3. 输出电阻Ro——从放大电路输出端看进去的等效电阻。

Au

uS

~

Ro

uso

~


2

3dB带宽

放大倍数随频率变化曲线——幅频特性曲线

4. 通频带

A

Am

0.7Am

f

上限截止频率

下限截止频率

fH

fL

通频带:

fbw=fH–fL


2

.

U

输出电阻的定义:

o

R

=

=

=

o

R

,

U

0

.

L

S

I

o

输出电阻是表明放大电路带负载的能力,Ro越小,放大电路带负载的能力越强,反之则差。


2

2.2晶体管放大电路的组成及其工作原理

2.2.1 共射基本放大电路的组成

及其工作原理


2 2 1

一.放大原理

三极管工作在放大区:

发射结正偏,

集电结反偏。

2.2.1 共射基本放大电路的组成及其工作原理

B

C

E

放大原理:

→△IC(b△IB)

→△UBE

→△IB

→△UCE(-△IC×Rc)

电压放大倍数:


2

+V

(+12V)

CC

R

ui

I

C

C

O

iB

t

3

+

R

b

1

T

IBQ

2

U

V

I

CE

BB

O

B

t

U

BE

iC

-

ICQ

uCE

O

t

O

UCEQ

t

uo

O

t

符号说明


2

RL

uo

ui

放大元件iC=iB,工作在放大区,要保证集电结反偏,发射结正偏。

二.单管共射极放大电路的结构

及各元件的作用

+VCC

RC

C1

C2

T

输出

Rb

输入

VBB

参考点


2

RL

共射放大电路组成

+VCC

使发射结正偏,并提供适当的静态工作点IB和UBE。

RC

C2

T

C1

Rb

基极电源与基极电阻

VBB


2

RL

集电极电源,为电路提供能量。并保证集电结反偏。

+VCC

RC

C2

C1

T

Rb

VBB


2

+VCC

RC

C2

C1

T

Rb

RL

VBB

集电极电阻,将变化的电流转变为变化的电压。

共射放大电路


2

RL

uo

ui

作用:隔直通交隔离输入输出与电路直流的联系,同时能使信号顺利输入输出。

耦合电容:

电解电容,有极性,

大小为10F~50F

+VCC

RC

C2

C1

+

+

T

Rb

VBB


2

+VCC

RC

C2

C1

T

Rb

RL

VBB

单电源供电

可以省去


2

+VCC

RC

C2

C1

T

RL

单电源供电

Rb


2

2.3图解分析法

引 言

2.3.1 静态工作情况分析

2.3.2 动态工作情况分析


2

引 言

一、分析三极管电路的基本思想和方法

基本思想

非线性电路经适当近似后可按线性电路对待,

利用叠加定理,分别分析电路中的交、直流成分。

直流通路(ui = 0)分析静态。

交流通路(ui 0)分析动态,只考虑变化的电压和电流。

画交流通路原则:

1. 固定不变的电压源都视为短路;

2. 固定不变的电流源都视为开路;

3. 视电容对交流信号短路


2

2.3.1 静态工作情况分析

放大电路没有输入信号时的工作状态称为静态。

静态分析的任务是根据电路参数和三极管的

特性确定静 态值(直流值)UBE、IB、 IC和UCE。

可用放大电路的直流通路来分析。


2

+VCC

RC

C2

C1

T

RL

Rb

为什么要

设置静态

工作点?

放大电路建立正确的静态工作点,是为了使三极管工作在线性区以保证信号不失真。


2

+VCC

RC

Rb

C2

C1

开路

开路

RL

一、静态工作点的估算

画出放大电路的直流通路

直流通路的画法:

将交流电压源短路

将电容开路。


2

+VCC

RC

Rb

直流通道

用估算法分析放大器的静态工作点

( IB、UBE、IC、UCE)


2

+VCC

RC

Rb

IB

UBE

(1)估算IB( UBE0.7V)

Rb称为偏置电阻,IB称为偏置电流。


2

+VCC

RC

Rb

(2)估算UCE、IC

IC= IB

IC

UCE


2

+VCC

RC

Rb

例2.3.1:用估算法计算静态工作点。

已知:VCC=12V,RC=4K,

Rb=300K ,=37.5。

UBE0.7V

解:

请注意电路中IB和IC的数量级


2

+VCC

RC

Rb

C2

C1

IB

T

RL

ui=0时

二 用图解法确定静态工作点

1.静态工作点——Ui=0时电路的工作状态

IC0

由于电源的存在IB0

IC

IE=IB+IC

无信号输入时


2

+VCC

RC

Rb

C2

C1

IB

T

RL

UCE

UBE

静态工作点

IC

( IC,UCE )

(IB,UBE)


2

IC

IB

Q

Q

IB

IB

IC

UBE

UCE

UCE

UBE

(IB,UBE) 和( IC,UCE )分别对应于输入输出特性曲线上的一个点称为静态工作点。


2

IC

Q

IB

静态IC

VCC

UCE

静态UCE

直流负载线

UCE=VCC–ICRC

由估算法求出IB,IB对应的输出特性与直流负载线的交点就是工作点Q


2

iC

iB

VBB

RB

Q

Q

uBE

uCE

VCC

VBB

iC

iB

Q

Q

ICQ

VCC

RC

uBE

uCE

UCEQ

VCC

三、电路参数对静态工作点的影响

1. 改变 RB,其他参数不变

R B iB 

Q 趋近截止区;

R BiB

Q 趋近饱和区。

2. 改变 RC ,其他参数不变

RCQ趋近饱和区。


2

iC/mA

60 A

5

50 A

4

40 A

30 A

3

20 A

2

10 A

1

O

iB= 0

uCE/V

例 2.3.2 设 RB = 38 k,求 VBB = 0 V、3 V 时的 iC、uCE。

[解]

5 V

0.3

当VBB= 0 V:

iB  0,

UCE 0.3V  0,

iC 0,

uCE 5 V

当VBB = 3 V:

iC  5 mA


2

VCC

RC

C

+

RB

B

S

E

iC = VCC /RC

截止

状态

饱和

状态

iC  0

iB

iB  0

uCE 5V

uCE  0

三极管的开关等效电路

判断是否饱和

临界饱和电流ICS和IBS:

iB > IBS,则三极管饱和。


2

IC

IB

ib

ic

ib

Q

UBE

UCE

ui

2.3.2 用图解法确定动态工作情况

1. 交流放大原理(设输出空载)

静态工作点

假设在静态工作点的基础上,输入一微小的正弦信号 ui


2

IC

ic

UCE

uCE

uCE怎么变化

uCE也沿着负载线变化

UCE与Ui反相!


2

iC

+VCC

RC

Rb

C2

C1

uCE

uo

iB

ui

各点波形

uo比ui幅度放大且相位相反


2

+VCC

置零

RC

Rb

C2

C1

短路

短路

RL

uo

ui

2.放大器的交流通路

交流通路——分析动态工作情况

交流通路的画法:

将直流电压源短路,将电容短路。

对交流信号(输入信号ui)

1/C0


2

RL

RC

uo

ui

Rb

交流通路


2

+VCC

RC

Rb

C2

C1

RL

3.交流负载线

输出端接入负载RL:不影响Q 影响动态!


2

ic

uce

RL

RC

uo

ui

Rb

uce=-ic(RC//RL)

= -ic RL

交流负载线

其中:


2

uce=-ic(RC//RL)= -ic RL

或ic=(-1/ RL) uce

交流量ic和uce有如下关系:

这就是说,交流负载线的斜率为:

交流负载线的作法:

①斜 率为-1/R'L 。( R'L= RL∥Rc)

②经过Q点。


2

IC

Q

VCC

UCE

交流负载线

直流负载线

①斜 率为-1/R'L 。

( R'L= RL∥Rc)

IB

②经过Q点。

注意:

(1)交流负载线是有交流 输入信号时工作点的运动轨迹。

(2)空载时,交流负载线与直流负载线重合。


2

iC

iB

C1

+

uCE

RC

RL

+

uBE

RB

+

ui

+

+

VCC

VBB

例 2.3.3

硅管,ui= 10 sin t (mV),RB = 176 k, RC = 1 k,

VCC = VBB = 6 V,图解分析各电压、电流值。

令 ui = 0,求静态电流 IBQ

[解]


2

iC/mA

iC

iB

ic

ib

60

5

Q

50

4

Q

40

3

Q

30

2

20

iB=10 A

1

UCEQ

t

t

uCE/V

uCE/V

uce

uBE/V

t

t

直流负载线

(交流负载线)

iB/A

6

ICQ

30

IBQ

Q

uBE/V

O

O

O

O

6

0.7 V

O

O

ui

Ucem


2

当 ui = 0

uBE = UBEQ

iB = IBQ

iC = ICQ

uCE = UCEQ

当 ui = Uim sin t

ib = Ibmsin t

ic = Icmsin t

uce = –Ucem sin t

uo = uce

iB =IBQ+ Ibmsin t

iC =ICQ+ Icmsin t

uCE =UCEQ–Ucem sint

=UCEQ+Ucem sin(180° –t)


2

iC

iC

iB

iB

ic

ib

Q

Q

uCE

t O

O

O

O

t

uBE/V

uCE

O

O

t

uBE/V

uce

ui

t

放大电路的非线性失真问题

因工作点不合适或者信号太大使放大电路的工作范围超出了晶体管特性曲线上的线性范围,从而引起非线性失真。

1. “Q”过低引起截止失真

交流负载线

NPN 管: 顶部失真为截止失真。

PNP 管: 底部失真为截止失真。

不发生截止失真的条件:IBQ > Ibm 。


2

集电极临界

饱和电流

iC

iC

Q

VCC

uCE

t O

O

uCE

O

t

2. “Q”过高引起饱和失真

NPN 管:

底部失真为饱和失真。

PNP 管:

  顶部失真为饱和失真。

ICS

IBS — 基极临界饱和电流。

不接负载时,交、直流负载线重合,VCC= VCC

不发生饱和失真的条件: IBQ + I bm  IBS


2

+VCC

RC

C2

+

RB

iC

+

uo

C1

iB

+

V

+

RL

ui

饱和失真的本质:

负载开路时:

受 RC 的限制,iB 增大,iC 不可能超过 VCC/RC 。

接负载时:

受 RL 的限制,iB 增大,iC 不可能超过 VCC/RL 。

(RL= RC // RL)


2

选择工作点的原则:

当 ui 较小时,为减少功耗和噪声,“Q”可设得低一些;

为提高电压放大倍数,“Q”可以设得高一些;

  为获得最大输出,“Q” 可设在交流负载线中点。


2

2.4微变等效电路

分析法

引 言

2.3.1 H参数的引出

2.3.2 H参数小信号模型


2

引 言

一 建立小信号模型的意义

由于三极管是非线性器件,这样就使得放大电路的分析非常困难。建立小信号模型,就是在一定的条件下(工作点附近)将非线性器件做线性化处理,从而简化放大电路的分析和设计。

由于研究对象的多样性和复杂性,往往把对象的某些特征提取出来,用已知的、相对明了的单元组合来说明,并作为进一步研究的基础,这种研究方法称为建模。


2

二 建立小信号模型的思路

当放大电路的输入信号电压很小时,就可以把三极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替,从而可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。


2

2.3.1 H参数的引出

对于BJT双口网络,

我们已经知道输入

输出特性曲线如下:

uBE=f(iB,vCE)

iC=g(iB,vCE)

在小信号情况下,对上两式取全微分得


2

说明diB与交流信号的关系

用小信号交流分量表示

vbe= hieib+ hrevce

ic= hfeib+ hoevce


2

vbe= hieib+ hrevce

ic= hfeib+ hoevce

能构成电路图吗

其中:

输出端交流短路时的输入电阻;

输出端交流短路时的正向电流传输比或电流放大系数;

输入端电流恒定(交流开路)的反向电压传输比

输入端电流恒定(交流开路)时的输出电导。

四个参数量纲各不相同,故称为混合参数(H参数)。


2

vbe= hieib+ hrevce

ic= hfeib+ hoevce

BJT双口网络

ib

ic

hie

iC

c

iB

b

vbe

hrevce

hfeib

vce

vCE

hoe

vBE

e

BJT的H参数模型

2.3.2 H参数小信号模型

根据

可得小信号模型

  • H参数都是小信号参数,即微变

    参数或交流参数。

  • H参数与工作点有关,在放大

    区基本不变。


2

ib

ic

hie

vbe

hrevce

hfeib

vce

hoe

1模型的简化

一般采用习惯符号

 ib是受控源,且为电流控制电流源(CCCS)。

 电流方向与ib的方向是关联的。

即 rbe= hie= hfe

uT = hrerce= 1/hoe

则BJT的H参数模型为

  • uT很小,一般为10-310-4 ,

  • rce很大,约为100k。故

    一般可忽略它们的影响,

    得到简化电路


2

(T=300K)

2 H参数的确定

一般用测试仪测出;

rbe与Q点有关,可用图示仪测出。

一般也用公式估算 rbe

rbe= rb + (1+ ) re

其中对于低频小功率管 rb≈(100-300)


2

uo

ui

3 、 H参数的应用

1、电压放大倍数的计算:


2

RL

Rb

rbe

RC

画微变等效电路

负载电阻越小,放大倍数越小。


2

RL

Rb

rbe

RC

2、输入电阻的计算:

根据输入电阻的定义:

电路的输入电阻越大,从信号源取得的电流越小,因此一般总是希望得到较大的的输入电阻。


2

.

UO

.

.

Ui

Ui

.

Us

当信号源有内阻时:


2

0

0

Rb

rbe

RC

3、输出电阻的计算:

根据定义

用加压求流法求输出电阻:

所以:


2

4晶体三极管交流分析

步骤:

①分析直流电路,求出“Q”,计算 rbe。

②画电路的交流通路 。

③在交流通路上把三极管画成 H 参数模型。

④分析计算叠加在“Q”点上的各极交流量。


2

例 2.4.1

求:1. 静态工作点。

2.电压增益AU、

输入电阻Ri、

输出电阻R0。


2

Ic

VCE

3. 若输出电压的波形出现如 下失真 ,是截止还是饱和失

真?应调节哪个元件?如何调节?

解:1 .


2

2. 思路:微变等效电路

AU、Ri、R0


2

iC

C2

+

uo

+

uCE

C1

iB

RC

RL

+

uBE

RB

RS

+

+

+

VCC

uS

VBB

例 2.4.2  = 100,uS= 10sin t (mV),求叠加在

“Q”点上的各交流量。

470 k

12 V

2.7 k

3.6 k

510

12 V


2

[解]

令 ui = 0,求静态电流 IBQ

① 求“Q”,计算 rbe

ICQ =  IBQ = 2.4 mA

UCEQ = 12 2.4  2.7 = 5.5 (V)


2

ic

ib

+

uo

C

B

+

ube

RS

RB

rbe

RL

+

us

 ic

RC

E

iC

C2

+

uo

+

uCE

C1

iB

RC

RL

+

uBE

RB

RS

+

+

+

VCC

uS

VBB

② 交流通路

uce

ube

③ 小信号等效


2

④ 分析各极交流量

⑤分析各极总电量

uBE = (0.7 + 0.0072sint)V

iB = (24 + 5.5sint) A

iC = ( 2.4 + 0.55sint)mA

uCE = ( 5.5 –0.85sint) V


2

2.5射极偏置放大电路

2.5.1 问题的提出——

单管共射放大电路存在的问题

一 实验中出现的现象


2

当环境温度


2

二 静态工作点的位置发生变化的原因

1 温度对晶体管参数的影响

T↑→ICBO↑,温度每升高10oC, ICBO↑一倍

T↑→UBE↓,温度每升高1oC, UBE↓2.5mv

  • T↑→β↑,温度每升高1oC,Δβ/β ↑ 0.5—1%


2

2 温度对静态工作点的影响

ICQ=βIBQ+(1+β) ICBO

IBQ=(Vcc- UBE)/ RB → T↑→ICQ↑→Q↑→饱和失真

3 工作点上移时输出波形分析


2

集电极临界

饱和电流

iC

iC

Q

VCC

uCE

t O

O

uCE

O

t

“Q”过高引起饱和失真

ICS

静态是基础,动态是目的

NPN 管:

底部失真为饱和失真。

不接负载时,交、直流负载线重合


2

  • 2.5.2 电路组成及稳定静态

  • 工作点的原理

  • 电路组成

特点:RB1—上偏流电阻、RB2—下偏流电阻、

RE—发射极电阻 共发射极电路


2

二 稳定静态工作点的原理

1.直流通路

IBQ

ICQ

+

UBEQ

I1

IEQ

直流通路的画法


2

(1)I1 >> IB硅管I1=(5--10)IBQ

锗管I1=(10--20)IBQ

(2)UB >> UBE硅管UB=(3--5)V

锗管UB=(1--3)V

2.稳定过程(原理)

T↑→ICQ↑→ICQ×RE↑→UB固定→UBE↓→IBQ↓→ICQ↓

若电路调整适当,可以使ICQ基本不变。

3.稳定的条件 UB固定 UB=VCC×RB2 / (RB1+RB2)


2

2.5.3 静态分析

求Q点(IBQ、ICQ、UCEQ)

求法:画出直流通路求解

方法有二:

一 估算法


2

+VCC

RC

RB1

RB2

RE

IBQ

ICQ

+

UCEQ

+

UBEQ

I1

IEQ

说明Q是否合适


2

二 利用戴维南定理(同学自己做)


2

2.5.4 动态分析

求AU、Ri、RO

一 画出放大电路的微变等效电路

1.画出交流通路


2

2.画出放大电路的微变等效电路


2

二 计算动态性能指标

1.计算Au


2

  • “-”表示Uo和Ui反相。

  • Au的值比固定偏流放大电路小了。


2

2.计算输入电阻

Ri↑,同时说明公式的记法和折合的概念。


2

3. 计算输出电阻Ro

Ro=uo/io Us=0

RL=∞

uo在RE两端的电压可以忽略不计,因此Ro≈Rc。


2

静态工作点稳定。

Au ,Ri↑,Ro基本不变。

(同固定偏置放大电路相比较)

结 论


2

2.5.5 举例讨论

如何提高电压放大倍数Au

在RE两端并联一个电容,则放大倍数

与固定偏置放大电路相同。


2

[解]

+VCC

RB1

RC

C2

C1

+

uo

+

+

RS

RL

+

+

us

RB2

RE

CE

例  = 100,RS= 1 k,RB1= 62 k,RB2= 20 k,

RC= 3 k,RE = 1.5 k,RL= 5.6 k,VCC = 15 V。

求:“Q”,Au,Ri,Ro。

1)求“Q”


2

+VCC

RB1

RC

C2

C1

+

uo

+

RL

+

RS

+

us

+

RB2

RE

CE

2)求 Au,Ri,Ro ,Aus

Ro = RC = 3 k


2

小 结

  • 分析了固定偏置放大电路产生失真的原因。

  • 分析了射极偏置放大电路稳定静态工作点

    的原理。

  • 重点分析计算了分压式偏置放大电路的性 能指标。

  • 深入讨论了射极电阻对静态和动态的影响,

    为今后学习反馈建立基础概念。


2

课后思考题:

一、如何使放大倍数减小不大,

但输入电阻有所提高?


2

二、计算输出电阻时,若考虑RE,

如何计算输出电阻呢?

同学参考教材P110


2

2.6共集电极放大

电路

2.6 共集电极放大电路

(射极输出器、射极跟随器)

一、电路组成与静态工作点


2

ic

ii

ib

+VCC

+

uo

Rs

IBQ

RB

+

RB

RE

RL

C1

+

C2

+

ui

IEQ

+

uo

RS

+

+

RL

us

RE

交流通路

IBQ = (VCC– UBEQ) / [RB +(1+  )RE]

ICQ = I BQ

UCEQ = VCC –ICQRE


2

ii

ib

ic

ic

ii

ib

rbe

 ib

Rs

RB

+

uo

+

uo

+

Rs

us

RE

RL

+

RB

RE

RL

二、性能指标分析

交流通路

RL = RE // RL

小信号等效电路


2

电压放大倍数:

 1

输入电阻:


2

ii

ib

ic

ii

ib

ic

 ib

rbe

rbe

 ib

Rs

Rs

RB

RB

+

uo

+

us

RE

RE

RL

输出电阻:

i

+

u

iRE

us = 0

RS = Rs // RB

i = iRE–ib –  ib

Au  1输入输出同相

Ri高

射极输出器特点

Ro低

用途:输入级 输出级 中间隔离级


2

RB

+VCC

IBQ

C1

+

C2

+

ui

IEQ

+

uo

RS

+

+

RL

us

RE

例 2.5.1 =120,RB = 300 k,rbb= 200 ,

UBEQ = 0.7 V, RE = RL = Rs = 1 k,VCC = 12V。

求:“Q ”,Au,Ri,Ro。

1)求 “Q”

[解]

IBQ = (VCC –UBE) /[RB+(1+ )RE]

= (12–0.7) / [300 +121  1]

 27 (A)

IEQ   I BQ= 3.2 (mA)

UCEQ = VCC –ICQRE

= 12 – 3.2  1 = 8.8 (V)


2

2)求 Au,Ri,Ro

Rbe = 200 + 26 / 0.027

 1.18 (k)

RL=1//1= 0.4 (k)

Ri = 300//(1.18 121)

= 51.2 (k)

提高 Ri的电路:


2

+VCC

100 k

RB1

C1

 = 50

+

C2

C3

RB3

RS

+

+

+

uo

100 k

+

RE

us

ii

RB2

ib

ic

100 k

rbe

RB3

 ib

+

ui

+

uo

RE

RB

10 k

无 C3、RB3:

Ri = (RB1 // RB2) // [rbe + (1 +  ) RE]

Ri = 50 // 510 = 45 (k)

无 C3 有 RB3 :

Ri = (RB3 + RB1 // RB2) // [rbe + (1+  )RE]

Ri = (100 + 50) // 510 = 115 (k)

接 C3 :

RB3// rbe  rbe

Ri = rbe+ (1 + ) (RB// RE) = (1 + ) (RB // RE )

Ri = 51  50 // 10 = 425 (k)


2

+VCC

RC

RB1

C3

+

+

uo

C1

RL

+

+

RB2

RS

C2

RE

+

us

2.7共基极放大

电路

2.7 共基极放大电路

一、求“Q”(略)


2

ii

ie

ic

io

RS

+

uo

ib

ib

RE

+

us

RL

rBE

RC

RS

RC

RL

RE

+

us

+

ui

二、性能指标分析

Ro = RC

特点:

Ri

Ri

1. Au 大小与共射电路相同。

Ro

2. 输入电阻小,Aus小。


2

2.8场效应管放大电路

2.8.1 场效应管放大电路的组态

2.8.2场效应管电路小信号

等效电路分析法


2

+VDD

RD

C2

D

+

C1

+

uo

G

S

+

ui

+

RG

RS

CS

2.8.1 场效应管放大电路的组态

共源、共漏、共栅

三种组态:

特点:

输入电阻极高, 噪声低,热稳定性好

一、直流偏置电路

1. 自给偏压电路


2

栅极电阻 RG 的作用:

(1)为栅偏压提供通路

(2)泻放栅极积累电荷

源极电阻 RS 的作用:

提供负栅偏压

漏极电阻 RD 的作用:

把 iD 的变化变为 uDS 的变化

UGSQ = UGQ–USQ= – IDQRS


2

+VDD

RD

C2

RG1

D

+

C1

G

S

+

uo

RG3

RL

+

ui

+

CS

RS

RG2

2. 分压式自偏压电路

UGSQ > 0

调整电阻的大小,可获得:

UGSQ = 0

UGSQ < 0


2

RD

iD

D

+

uO

+

VDD

G

S

RG

RS

例 2.8.1耗尽型N沟道MOS管,RG =1M,

RS= 2k,RD= 12k,VDD =20V。

IDSS =4mA,UGS(off)=– 4V,求 iD 和 uO 。

iG = 0

 uGS =  iDRS


2

增根

uGS = – 8 V

< UGS(off)

iD1= 4 mA

iD2= 1 mA

uGS = – 2 V

uDS = VDD –iD(RS + RD) = 20 – 14 = 6 (V)

在放大区

uO = VDD –iDRD = 20 – 14 = 8 (V)

例 2.8.2已知 UGS(off)=  0.8 V,IDSS = 0.18 mA,

求“Q”。


2

+24V

10 k

RD

C2

200 k

RG1

D

+

C1

G

+

uo

S

1 M

5 k

RG3

RL

+

ui

2 k

64 k

+

RG2

10 k

CS

解方程得:IDQ1 = 0.69 mA,UGSQ = –2.5V

(增根,舍去)

IDQ2 = 0.45 mA ,UGSQ = –0.4 V


2

id

D

G

+

uds

+

ugs

rgs

gmugs

S

2.8.2 场效应管电路小信号等效电路分析法

一 、场效应管等效电路分析法

小信号模型

从输入端口看入,相当于电阻rgs()。

从输出端口看入为受ugs 控制的电流源。

id = gmugs


2

id

D

G

iD

RD

+

ugs

RG

+

uo

D

RD

+

uO

+

VDD

+

ui

S

gmugs

G

RG

S

RS

RS

VGG

+

ui

+ 

D

+

uO

G

RD

S

RG

id

RS

+

ui

例 2.8.3

gm= 0.65 mA/V,ui= 20sint (mV),求交流输出 uo。

10 k

4 k

小信号等效电路

ui = ugs+ gmugsRS

ugs= ui / (1 + gmRS)

uo = – gmui RD / (1 + gmRS)

= –36sin t (mV)

交流通路


2

ii

id

+VDD

G

D

RD

+

ugs

C2

+

ui

RG1

RG3

D

gmugs

+

uo

+

C1

G

+

uo

S

RL

S

RD

+

ui

RG3

RL

RG2

RG1

+

CS

RS

RG2

二、性能指标分析

1. 共源放大电路

RS

有 CS 时:

Ri、Ro 不变

无 CS 时:


2

ii

+VDD

G

S

RG1

D

+

ugs

+

ui

C1

RG3

gmugs

+

uo

G

C2

S

RL

RS

RG3

+

ui

+

uo

+

RG2

RG1

D

RS

RL

RG2

2. 共漏放大电路

io

Ro


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